特開 2024-7221 周波数選択素子、及び周波数選択方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007221

(43)【公開日】2024-01-18

(54)【発明の名称】周波数選択素子、及び周波数選択方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/28 20060101AFI20240111BHJP

   H04R 1/24 20060101ALI20240111BHJP

   H04R 1/22 20060101ALI20240111BHJP

【ＦＩ】

H04R1/28 330

H04R1/24

H04R1/22 320

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022108550

(22)【出願日】2022-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】399030060

【氏名又は名称】学校法人 関西大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】堀井 康史

(72)【発明者】

【氏名】洪 文甲

【テーマコード（参考）】

5D018

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D018AD17

5D018BA01

5D019AA08

5D019FF01

5D019FF02

5D019GG08

(57)【要約】

【課題】所望の周波数成分のみを選択的に検出することを目的とする。
【解決手段】周波数選択素子（１）は、第１空間（Ｓ１）を有する第１筐体（２０）と、第２空間（Ｓ２）を有する第２筐体（３０）と、を有する筐体と、第１空間（Ｓ１）と第２空間（Ｓ２）との間に配置される弾性膜（５０）と、を備え、弾性膜（５０）は、基端（５１）から先端（５２）に向かうにつれ幅が漸次広くなる第１幅広部（５３）と、第１幅広部（５３）の先端（５２）側の端部から連続し、先端（５２）に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第１幅狭部（５４）と、を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所望の周波数成分を取り出す周波数選択素子であって、
音波を入力する入力窓を一端に有し、第１空間を有する第１筐体と、
前記第１筐体に重なって位置し、前記入力窓が位置する側とは反対側において前記第１空間から前記音波が入力される第２空間を有する第２筐体と、
を有する筐体と、
前記第１空間と前記第２空間との間に配置され、前記入力窓側に位置する基端と、前記基端とは反対側の先端とを有する弾性膜と、
を備え、
前記弾性膜は、
前記基端から前記先端に向かうにつれ幅が漸次広くなる第１弾性膜と、
前記第１弾性膜の前記先端側の端部から連続し、前記先端に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第２弾性膜と、
を有している
周波数選択素子。

【請求項2】

前記弾性膜は、前記第２弾性膜の前記先端側の端部から延び、前記先端に向かうにつれ漸次幅が広くなる第３弾性膜を更に有する
請求項１に記載の周波数選択素子。

【請求項3】

前記弾性膜は、前記第３弾性膜の前記先端側の端部から延び、前記先端に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第４弾性膜を更に有する
請求項２に記載の周波数選択素子。

【請求項4】

前記第３弾性膜の前記先端側の端部の幅は、前記第１弾性膜の前記先端側の端部の幅よりも広い
請求項２に記載の周波数選択素子。

【請求項5】

前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第２弾性膜の長さは、前記第１弾性膜の長さよりも短い
請求項１に記載の周波数選択素子。

【請求項6】

前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第４弾性膜の長さは、前記第３弾性膜の長さよりも短い
請求項３に記載の周波数選択素子。

【請求項7】

前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第３弾性膜の長さは、前記第２弾性膜の長さよりも長い
請求項３に記載の周波数選択素子。

【請求項8】

前記第３弾性膜は、前記弾性膜の前記先端に形成され、
前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第３弾性膜の長さは、前記第２弾性膜の長さよりも短い
請求項２に記載の周波数選択素子。

【請求項9】

前記弾性膜は、前記基端の厚みよりも前記先端の厚みの方が薄い
請求項１から３のいずれか１項に記載の周波数選択素子。

【請求項10】

前記第２弾性膜は、前記先端に向かうにつれ厚みが漸次薄くなる
請求項９に記載の周波数選択素子。

【請求項11】

前記第４弾性膜の厚みは、前記先端に向かうにつれ厚みが漸次薄くなる
請求項３に記載の周波数選択素子。

【請求項12】

前記筐体は、前記第２空間の前記基端側に位置し、前記第２空間に入力された音波を反射する反射壁を有する
請求項１に記載の周波数選択素子。

【請求項13】

前記第１空間及び前記第２空間には液体が充填されている
請求項１に記載の周波数選択素子。

【請求項14】

前記第１空間及び前記第２空間は、前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記弾性膜の前記先端に向かうにつれ、前記延伸方向と直交する断面における断面積が漸次小さくなるように構成されている
請求項１に記載の周波数選択素子。

【請求項15】

前記弾性膜には、前記弾性膜に照射された光を反射する光反射膜が形成されている
請求項１に記載の周波数選択素子。

【請求項16】

弾性膜の基端から前記弾性膜の先端に向かうにつれ幅が漸次広くなる第１弾性膜と、前記第１弾性膜の前記先端側の端部から連続し、前記先端に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第２弾性膜と、を有している前記弾性膜が、第１空間と第２空間とを隔てており、
前記第１空間の前記基端側から音波を入力するステップ、を含む
周波数選択方法。

【請求項17】

入力された前記音波が前記第１空間および前記第２空間に伝播した際に生じる前記弾性膜の振動を検出するステップを更に含む
請求項１６に記載の周波数選択方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、周波数選択素子、及び周波数選択方法に関する。

【背景技術】

【0002】

人の聴覚では、内耳の聴覚器官である蝸牛が有する有毛細胞が刺激されることにより、音を知覚することができる。外耳に音波が入力されると、中耳の聴覚器官である鼓膜及び耳小骨を介して、蝸牛に音波が伝播する。蝸牛に伝播した音波により、蝸牛の中央階が有する基底膜が励振される。基底膜が振動することにより、有毛細胞は刺激される。

【0003】

人は異なる周波数の音を聞き分けているが、これは音波の周波数により励振される基底膜の領域が異なることが関係していると考えられている。非特許文献１は、人の聴覚器官と類似する聴覚器官を持つコウモリの蝸牛をモデルとして行った実験であり、コウモリの可聴周波数帯域を３つの周波数帯域に分けて、基底膜の振動する領域を解析したものである。異なる３つの周波数帯域の音波を入力すると、各周波数帯域により励振される基底膜の領域が異なることが分かっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】李泓睿，玉木愛莉，堀井康史，「伝送線路理論に基づくコウモリの蝸牛モデルに設計」IEEE AP-S/MTT-S 若手技術交流会 2019，2019 年 12 月、関西大学

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、人の聴覚器官をモデル化した素子を工業製品として応用することができれば、音波に含まれる各周波数成分を選択的に検出することができる。例えば、基底膜における振動の理論を利用することができれば、弾性膜により音波に含まれる周波数成分を選択的に検出することが可能となる。

【0006】

ここで、図１０及び図１１に、人の蝸牛をモデルとした素子１００に高音域及び低音域の音波を入力したときのシミュレーション結果を示す。

【0007】

図１０の符号１００１に示す素子１００は、前庭階を模した第１空間１１０と、鼓室階を模した第２空間１２０と、中央階を模した区画部１３０と、基底膜を模した弾性膜１４０と、センサ１８０とにより構成されている。第１空間１１０、第２空間１２０及び開口１６０には、液体が充填されている。第１空間１１０には音波を入力するための卵円窓を模した入力窓１５０が設けられている。第１空間１１０に入力された音波は、蝸牛孔を模した開口１６０を介して第２空間１２０へと伝播される。第２空間１２０には音波を反射する反射壁１７０が設けられている。弾性膜１４０の振動は、センサ１８０により検出する。

【0008】

図１０の符号１００２に示すように、弾性膜１４０の幅は、弾性膜１４０の基部１４１から頂部１４２に向かうにつれ幅が漸次広くなるように構成した。図１０の符号１００３に示すように、弾性膜１４０の厚みは、基部１４１から頂部１４２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなるように構成した。弾性膜１４０の寸法は以下のようにした。

【0009】

弾性膜１４０の長さＬ１０は３４ｍｍとし、弾性膜１４０の基部１４１の幅Ｗ１０は１００μｍとし、弾性膜１４０の頂部１４２の幅Ｗ１１は５００μｍとし、基部１４１の厚みＴ１０は３０μｍとし、頂部１４２の厚みＴ１１は１０μｍとした。

【0010】

図１１に、高音域及び低音域の音波のそれぞれを素子１００に入力したときの、センサ１８０により検出された弾性膜１４０の振動の結果を示す。４０００Ｈｚの高音域の音波が入力されると、弾性膜１４０の基部１４１から徐々に弾性膜の変位が始まり、基部１４１から１１ｍｍ付近の領域から弾性膜１４０は大きく振動した。弾性膜１４０の振動は、基部１４１から１３ｍｍ付近の領域をピークに、その後徐々に減衰し、弾性膜１４０の頂部１４２まで僅かながら振動していた。１０００Ｈｚの低音域の音波が入力されると、弾性膜１４０の基部１４１から徐々に変位が始まり、基部１４１から１５ｍｍ付近の領域を過ぎたところで弾性膜１４０は大きく振動した。弾性膜１４０の振動は、基部１４１から２３ｍｍ付近の領域をピークに、その後徐々に減衰し、弾性膜１４０の頂部１４２まで振動していた。

【0011】

図１１に示すシミュレーション結果より、音波の周波数により振動の振幅がピークとなる弾性膜１４０の領域は異なるものの、弾性膜１４０の振動は弾性膜１４０の基部１４１から弾性膜１４０の頂部１４２に渡って広く分布していた。仮に、素子１００に４０００Ｈｚの周波数と１０００Ｈｚの周波数を含む音波を入力した場合、特に弾性膜１４０の基部１４１から１５ｍｍ～３４ｍｍの領域では、４０００Ｈｚの周波数により励振された弾性膜１４０の振動と、１０００Ｈｚの周波数により励振された弾性膜１４０の振動とが干渉した状態で弾性膜１４０の振動が検出される。そのため、様々な周波数成分を含む音波が入力されるような場合、人の蝸牛をモデル化した素子１００の弾性膜１４０では、特定の周波数成分を区別して検出することは、困難であった。

【0012】

本発明の一態様は、様々な周波数成分を含む音波から所望の周波数成分のみを選択的に検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る周波数選択素子は、所望の周波数成分を取り出す周波数選択素子であって、音波を入力する入力窓を一端に有し、第１空間を有する第１筐体と、前記第１筐体に重なって位置し、前記入力窓が位置する側とは反対側において前記第１空間から前記音波が入力される第２空間を有する第２筐体と、を有する筐体と、前記第１空間と前記第２空間との間に配置され、前記入力窓側に位置する基端と、前記基端とは反対側の先端とを有する弾性膜と、を備える。前記弾性膜は、前記基端から前記先端に向かうにつれ幅が漸次広くなる第１弾性膜と、前記第１弾性膜の前記先端側の端部から連続し、前記先端に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第２弾性膜と、を有している。

【0014】

上記構成によれば、第１弾性膜を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第１弾性膜にて吸収されない音波は、第２弾性膜の領域において吸収される。第１弾性膜を励振する特定の周波数帯域とは異なる周波数帯域の音波のうち、第１弾性膜で吸収されなかった音波は、第２弾性膜に吸収されず、第２弾性膜から続く弾性膜の領域を励振する。従って、特定の周波数帯域の音波により励振される弾性膜の領域を、特定の領域に制限することができる。これにより、様々な周波数成分を含む音波から所望の周波数成分のみを選択的に検出することができる。

【0015】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記弾性膜は、前記第２弾性膜の前記先端側の端部から延び、前記先端に向かうにつれ漸次幅が広くなる第３弾性膜を更に有することが好ましい。

【0016】

上記構成によれば、第１弾性膜及び第２弾性膜の領域において吸収された音波の周波数帯域とは異なる周波数帯域の音波を、第３弾性膜の領域において検出することができる。これにより、音波に含まれる様々な周波数成分を区別して検出することができる。

【0017】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記弾性膜は、前記第３弾性膜の前記先端側の端部から延び、前記先端に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第４弾性膜を更に有することが好ましい。

【0018】

上記構成によれば、第３弾性膜を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第３弾性膜により吸収されなかった音波は、第４弾性膜の領域において吸収される。従って、第３弾性膜を励振する特定の周波数帯域の音波は、第４弾性膜の領域において制限される。即ち、励振される弾性膜の領域を特定の周波数帯域毎に区分することができる。これにより、音波に含まれる周波数成分毎に区別して、所望の周波数成分の音波を選択的に検出することができる。

【0019】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記第３弾性膜の前記先端側の端部の幅は、前記第１弾性膜の前記先端側の端部の幅よりも広いことが好ましい。

【0020】

上記構成によれば、第１弾性膜及び第２弾性膜により吸収されなかった音波により第３弾性膜を励振させることができる。これにより、励振される弾性膜の領域を特定の周波数成分毎に区分することができる。

【0021】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第２弾性膜の長さは、前記第１弾性膜の長さよりも短いことが好ましい。

【0022】

上記構成によれば、第２弾性膜の長さが短いため、延伸方向における弾性膜の長さを短くすることができる。これにより、周波数選択素子の小型化を図ることができる。

【0023】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第４弾性膜の長さは、前記第３弾性膜の長さよりも短いことが好ましい。

【0024】

上記構成によれば、第４弾性膜の長さが短いため、延伸方向における弾性膜の長さを短くすることができる。これにより、周波数選択素子の小型化を図ることができる。

【0025】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記延伸方向において、前記第３弾性膜の長さは、前記第２弾性膜の長さよりも長いことが好ましい。

【0026】

上記構成によれば、第３弾性膜に振動を励振する周波数帯域の音波に応じて、第３弾性膜の最大振動位置を異ならせることができる。これにより、解像度の高い周波数スペクトル解析を第３弾性膜の領域において行うことができる。

【0027】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記第３弾性膜は、前記弾性膜の前記先端に形成され、前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記第３弾性膜の長さは、前記第２弾性膜の長さよりも短いことが好ましい。

【0028】

上記構成によれば、第１弾性膜及び第２弾性膜により吸収されなかった周波数帯域の音波は、第３弾性膜の端部において反射される。従って、第３弾性膜の領域において弾性膜の振動の振幅を増幅することができる。これにより、弾性膜の先端においても低音域の周波数成分の音波を検出することができる。

【0029】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記弾性膜は、前記基端の厚みよりも前記先端の厚みの方が薄いことが好ましい。

【0030】

上記構成によれば、高音域の音波は弾性膜の基端部側の領域を励振し、低音域の音波は弾性膜の先端側の領域を励振することができる。これにより、高音域の周波数成分と、低音域の周波数成分とを区別して検出することができる。

【0031】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記第２弾性膜は、前記先端に向かうにつれ厚みが漸次薄くなることが好ましい。

【0032】

上記構成によれば、第１弾性膜を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第１弾性膜にて吸収されない音波は、第２弾性膜の領域においてより吸収され易くなる。これにより、特定の周波数成分の音波により励振される弾性膜の領域をより制限し易くすることができる。

【0033】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記第４弾性膜の厚みは、前記先端に向かうにつれ厚みが漸次薄くなることが好ましい。

【0034】

上記構成によれば、第３弾性膜を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第３弾性膜にて吸収されない音波は、第４弾性膜の領域においてより吸収され易くなる。これにより、励振される弾性膜の領域を特定の周波数成分毎に区分し易くすることができる。

【0035】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記筐体は、前記弾性膜の前記基端側に位置し、前記第２空間に入力された音波を反射する反射壁を有することが好ましい。

【0036】

上記構成によれば、第２空間に伝播された音波は、第２空間において、弾性膜の先端側から基端側に向かって伝播され、弾性膜の基端側に位置する反射壁にて反射される。これにより、第２空間に伝播される音波の減衰を防ぐことができる。

【0037】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記第１空間及び前記第２空間には液体が充填されていることが好ましい。

【0038】

上記構成によれば、第１空間及び第２空間に入力された音波の音波エネルギーを、より効率的に弾性膜に伝播させることができる。これにより、入力された音波により弾性膜を励振し易くすることができる。

【0039】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記第１空間及び前記第２空間は、前記弾性膜の前記基端から前記先端に向かう延伸方向において、前記弾性膜の前記先端に向かうにつれ、前記延伸方向と直交する断面における断面積が漸次小さくなるように構成されていることが好ましい。

【0040】

上記構成によれば、入力窓とは反対側における第１空間及び第２空間において、音波の振幅を増幅することができる。これにより、弾性膜の先端側における音波の感度を向上させることができる。

【0041】

本発明の一態様に係る周波数選択素子は、前記弾性膜には、前記弾性膜に照射された光を反射する光反射膜が形成されていることが好ましい。

【0042】

上記構成によれば、弾性膜の振動により弾性膜に照射された光が弾性膜上で散乱するため、人の肉眼で散乱光を観察することができる。従って、散乱光が観察された弾性膜の位置及び弾性膜の領域から、音刺激のスペクトラムを可視化することができると共に、スペクトラムの観測を行うことができる。即ち、周波数選択素子においてセンサを省略することができる。これにより、部品点数を削減することができる。

【0043】

本発明の一態様に係る周波数選択方法は、弾性膜の基端から前記弾性膜の先端に向かうにつれ幅が漸次広くなる第１弾性膜と、前記第１弾性膜の前記先端側の端部から連続し、前記先端に向かうにつれ幅が漸次狭くなる第２弾性膜と、を有している前記弾性膜が、第１空間と第２空間とを隔てており、前記第１空間の前記基端側から音波を入力するステップと、を含む。

【0044】

本発明の一態様に係る周波数選択方法は、入力された前記音波が前記第１空間および前記第２空間に伝播した際に生じる前記弾性膜の振動をセンサにより検出するステップを更に含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0045】

本発明の一態様によれば、様々な周波数成分を含む音波から所望の周波数成分のみを選択的に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】本発明の実施形態１に係る周波数選択素子の概要を示す概略図である。

【図2】図１に示す周波数選択素子が備える弾性膜の構成を示す図である。

【図3】実施形態１に係る周波数選択素子が備える弾性膜の第１変形例を示す図である。

【図4】実施形態１に係る周波数選択素子が備える弾性膜の第２変形例を示す図である。

【図5】本発明の実施形態２に係る周波数選択素子の概要を示す概略図である。

【図6】図２に示した弾性膜を備える周波数選択素子に音波を入力したときの弾性膜の変位を示すグラフである。

【図7】図２に示した弾性膜を備える周波数選択素子に音波を入力したときの弾性膜の変位を示すグラフである。

【図8】図３に示した弾性膜を備える周波数選択素子に音波を入力したときの弾性膜の変位を示すグラフである。

【図9】図４に示した弾性膜を備える周波数選択素子に音波を入力したときの弾性膜の変位を示すグラフである。

【図10】人の蝸牛をモデルとした素子の構成を示す図である。

【図11】図１０に示した弾性膜を備える素子に音波を入力したときの弾性膜の変位を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0047】

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１に係る周波数選択素子１について、図１～図６を参照して詳細に説明する。なお、図１などに示すようなＸ（Ｘ１－Ｘ２）方向、Ｙ（Ｙ１－Ｙ２）方向、Ｚ（Ｚ１－Ｚ２）方向という三方向の座標軸を規定して説明する。

【0048】

（周波数選択素子の構成の概要）
図１を参照して周波数選択素子１の概要について説明する。図１は、周波数選択素子１の概要を示す概略図である。図１に示すように、周波数選択素子１は、筐体１０と、弾性膜５０とを備えている。さらに、周波数選択素子１は、区画部４０と、センサ６０とを備えていてもよい。

【0049】

筐体１０は、内部に空間を有する直方体状の筐体である。筐体１０の内部は、板状の部材である区画部４０及び弾性膜５０により、第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２とに区画されている。筐体１０は、第１空間Ｓ１を有する第１筐体２０と、第２空間Ｓ２を有する第２筐体３０とを含む。第１筐体２０と、第２筐体３０とは、Ｚ２方向において重なって位置している。なお、筐体１０は、図示した例に限られない。筐体１０は、円筒状の形状であってもよい。また、筐体１０は、人の蝸牛のように渦巻き状の形状であってもよい。また、１つの筐体１０が有する１つの内部空間を区画部４０及び弾性膜５０により区画することにより、第１筐体２０と、第２筐体３０とに分けてもよい。

【0050】

第１筐体２０は、底壁２１と、第１側壁２２と、第２側壁２３と、第３側壁２４と、天壁２５と、により構成されている。底壁２１は、区画部４０側に位置する。区画部４０のＺ１側の面が底壁２１を構成している。底壁２１のＹ方向（短手方向）におけるＹ１側の端部から第１側壁２２がＺ１方向に向かって延びている。底壁２１のＹ方向におけるＹ２側の端部から第２側壁２３がＺ１方向に向かって延びている。底壁２１のＸ方向（長手方向）において、Ｘ２側の端部から第３側壁２４がＺ１方向に向かって延びている。天壁２５は、第１側壁２２のＺ１側の端部と、第２側壁２３のＺ１側の端部と、第３側壁２４のＺ１側の端部と、を接続する。第１筐体２０は、Ｘ方向において、第３側壁２４が設けられる側とは反対のＸ１側に入力窓２７を有している。第１空間Ｓ１は、底壁２１と、第１側壁２２と、第２側壁２３と、第３側壁２４と、天壁２５と、入力窓２７とにより形成された第１筐体２０の内部空間である。

【0051】

第２筐体３０は、底壁３１と、第１側壁３２と、第２側壁３３と、第３側壁３４と、天壁３５と、により構成されている。天壁３５は、区画部４０側に位置する。区画部４０のＺ２側の面が天壁３５を構成している。天壁３５のＹ方向におけるＹ１側の端部から第１側壁３２がＺ２方向に向かって延びている。底壁３１のＹ方向におけるＹ２側の端部から第２側壁３３がＺ２方向に向かって延びている。底壁３１のＸ方向において、Ｘ２側の端部から第３側壁３４がＺ２側に向かって延びている。底壁３１は、第１側壁３２のＺ２側の端部と、第２側壁３３のＺ２側の端部と、第３側壁３４のＺ２側の端部と、を接続する。第２筐体３０は、Ｘ方向において、第３側壁３４が設けられる側とは反対のＸ１側に反射壁３７を有している。第２空間Ｓ２は、底壁３１と、第１側壁３２と、第２側壁３３と、第３側壁３４と、天壁３５と、反射壁３７とにより形成された第２筐体３０の内部空間である。

【0052】

第１筐体２０の第１空間Ｓ１は、弾性膜５０のＺ１方向側の面と対向するように位置する。第２筐体３０の第２空間Ｓ２は、弾性膜５０のＺ２方向側の面と対向するように位置する。第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２とは、弾性膜５０に対して面対称となるように形成されている。なお、第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２とは、弾性膜５０に対して非対称であってもよい。

【0053】

区画部４０には、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する開口４１が形成されている。開口４１は、区画部４０のＸ２側の先端付近に形成されている。開口４１は、弾性膜５０の先端５２よりもＸ２方向側に形成されている。開口４１を介して第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に音波が伝播することで、第２空間Ｓ２に音波が入力される。

【0054】

第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２及び開口４１には、液体が充填されている。第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２、及び開口４１に充填される液体は、例えば、水、食塩水、人のリンパ液に準ずる液体等が挙げられる。上記構成によれば、第１空間及び第２空間に入力された音波の音波エネルギーを、より効率的に弾性膜に伝播させることができる。これにより、入力された音波により弾性膜を励振し易くすることができる。なお、第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２、及び開口４１には、気体が充填されていてもよい。

【0055】

第１筐体２０は、入力窓２７を有する。入力窓２７は、弾性膜５０の基端５１側に位置する。外部から入力窓２７に音波が入力されると、第１空間Ｓ１に音波が入力される。入力窓２７は、弾性を有する膜により構成されている。入力窓２７は、例えば、ポリ塩化ビニル、ウレタン等の弾性を有する膜により構成される。なお、入力窓２７は音波を入力可能な開口であってもよい。

【0056】

第２筐体３０は反射壁３７を有する。反射壁３７は、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に入力された音波を反射する壁である。反射壁３７は、弾性膜５０の基端５１側に位置する。なお、反射壁３７は、弾性を有しない硬膜でも良いが、弾性を有する膜である方が好ましい。反射壁３７は、例えばポリ塩化ビニル、ウレタン等の弾性を有する膜により構成される。

【0057】

上記構成によれば、入力窓２７から第１空間Ｓ１に入力された音波は、開口４１を介して第２空間Ｓ２に伝播され、第２空間Ｓ２において弾性膜５０の先端５２側から基端５１側に向かって伝播され、弾性膜５０の基端５１側に位置する反射壁３７にて反射される。これにより、第２空間Ｓ２に伝播する音波（特に低音域の音波）の減衰を防ぐことができる。

【0058】

センサ６０は、弾性膜５０の振動を検出するセンサ６０である。センサ６０は、例えば、弾性膜５０にレーザ光を照射するレーザ照射部と、弾性膜５０から反射からの反射光を受光する受光部とを有するセンサである。この場合、筐体１０は、レーザ光を透過する部材により構成される。センサ６０は、筐体１０の外部に設けられている。なお、センサ６０は筐体１０の内部に設けてもよい。なお、センサ６０は、弾性膜５０の特定の領域毎に分けてレーザ光を照射し、各領域において振動を検出するものとしてもよい。また、センサ６０は、複数のレーザ照射部と、複数の受光部とを有するものであってもよい。

【0059】

（弾性膜５０の構成）
図２を参照して、弾性膜５０の構成について説明する。図２は、図１に示す周波数選択素子１の弾性膜５０の構成を示す図である。図２の符号２０１は、図１の弾性膜５０をＺ２方向から見た図である。図２の符号２０２は、図１の弾性膜５０をＹ１方向から見た図である。

【0060】

弾性膜５０は、第１筐体２０の第１空間Ｓ１及び第２筐体３０の第２空間Ｓ２に伝播された音波により励振される膜である。弾性膜５０のヤング率、及び／または弾性膜５０の形状（弾性膜５０の幅及び厚み）を、検出する音波の周波数に応じて変更することにより、音波から所望の周波数成分のみを選択的に検出することが可能となる。弾性膜５０は、ポリ塩化ビニル、ウレタン等の弾性を有する膜により構成される。

【0061】

弾性膜５０は、区画部４０に取り付けられている。弾性膜５０の基端５１は第１筐体２０の入力窓２７側に位置し、基端５１とは反対側の弾性膜５０の先端５２は開口４１側に位置している。弾性膜５０は、基端５１と先端５２との間において、弾性膜５０の幅にくびれを有する構成である。ここでは、幅はＹ方向における寸法、厚みはＺ方向における寸法、長さはＸ方向における寸法を意味する。

【0062】

弾性膜５０の先端５２の厚みＴ５は、弾性膜５０の基端５１の厚みＴ１よりも薄くなっている。弾性膜５０は、基端５１から先端５２に向かうにつれ弾性膜５０の厚みが薄くなるように構成される。なお、本願において、基端５１から先端５２に向かうにつれ弾性膜５０の厚みが薄くなる構成には、弾性膜５０の厚みの一部が一定の厚みを有する構成を含むものとする。上記構成によれば、高音域の音波は弾性膜の基端部側の領域を励振し、低音域の音波は弾性膜の先端側の領域を励振することができる。これにより、高音域の周波数成分と、低音域の周波数成分とを区別して検出することができる。

【0063】

弾性膜５０は、第１幅広部５３（第１弾性膜）と、第１幅狭部５４（第２弾性膜）と、第２幅広部５５（第３弾性膜）と、第２幅狭部５６（第４弾性膜）とを有している。第１幅広部５３と、第１幅狭部５４と、第２幅広部５５と、第２幅狭部５６とは、一体に形成してもよく、別々に形成したものを結合してもよい。

【0064】

第１幅広部５３は、弾性膜５０の基端５１から先端５２側に向かって延びている。第１幅広部５３は、先端５２に向かうにつれ幅が漸次広くなっている。また、第１幅広部５３は、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなっている。なお、第１幅広部５３の厚みは、先端５２に向かって実質的に一定となる厚みとしてもよい。

【0065】

第１幅狭部５４は、第１幅広部５３の先端５２側の端部から連続して形成され、第１幅広部５３の先端５２側の端部から先端５２に向かって延びる。基端５１から先端５２に向かう延伸方向（Ｘ２方向）における第１幅狭部５４の長さＬ２は、第１幅広部５３の長さＬ１よりも短い。

【0066】

上記構成によれば、第１幅狭部５４の長さＬ２が短いため、延伸方向における弾性膜５０の長さを短くすることができる。これにより、周波数選択素子１の小型化を図ることができる。また、第１幅広部５３の長さＬ１を長くすることで、第１幅広部５３に振動を励振する周波数帯域の音波に応じて、第１幅広部５３の最大振動位置を異ならせることができる。これにより、周波数スペクトル解析を第１幅広部５３の領域において行うことができる。

【0067】

第１幅狭部５４の基端５１側の端部の幅は、第１幅広部５３の先端５２側の端部の幅と同じ幅Ｗ２である。第１幅狭部５４は、先端５２に向かうにつれ幅が漸次狭くなっている。第１幅狭部５４の先端５２側の端部の幅Ｗ３は、弾性膜５０の基端５１の幅Ｗ１よりも広くてもよいし、幅Ｗ１よりも狭くてもよいし、幅Ｗ１と同じであってもよい。

【0068】

上記構成によれば、第１幅広部５３を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第１幅広部５３にて吸収されない音波は、第１幅狭部５４の領域において吸収される。第１幅広部５３を励振する特定の周波数帯域とは異なる周波数帯域の音波のうち、第１幅広部５３で吸収されなかった音波は、第１幅狭部５４に吸収されず、第１幅狭部５４から続く弾性膜（第２幅広部５５及び第２幅狭部５６）の領域を励振する。従って、特定の周波数帯域の音波により励振される弾性膜５０の領域を、特定の領域に制限することができる。これにより、様々な周波数成分を含む音波から所望の周波数成分のみを選択的に検出することができる。

【0069】

第１幅狭部５４の基端５１側の端部の厚みは、第１幅広部５３の先端５２側の端部の厚みと同じ厚みＴ２である。第１幅狭部５４の先端５２側の端部の厚みＴ３は、第１幅狭部５４の基端５１側の端部の厚みＴ２よりも薄くなっている。第１幅狭部５４は、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなっている。

【0070】

上記構成によれば、第１幅広部５３を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第１幅広部５３にて吸収されない音波は、第１幅狭部５４の領域においてより吸収され易くなる。これにより、特定の周波数成分の音波により励振される弾性膜５０の領域をより制限し易くすることができる。

【0071】

第２幅広部５５は、第１幅狭部５４の先端５２側の端部から連続して形成され、第１幅狭部５４の先端５２側の端部から先端５２に向かって延びる。Ｘ２方向における第２幅広部５５の長さＬ３は、第１幅狭部５４の長さＬ２よりも長い。

【0072】

第２幅広部５５の基端５１側の端部の幅は、第１幅狭部５４の先端５２側の端部の幅と同じ幅Ｗ３である。第２幅広部５５は、先端５２に向かうにつれ幅が漸次広くなっている。第２幅広部５５の先端５２側の端部の幅Ｗ４は、第１幅広部５３の先端５２側の端部の幅Ｗ２よりも広い。

【0073】

上記構成によれば、第１幅広部５３及び第１幅狭部５４の領域において吸収された音波の周波数帯域とは異なる周波数帯域の音波を、第２幅広部５５の領域において検出することができる。これにより、音波に含まれる様々な周波数成分を区別して検出することができる。

【0074】

また、上記構成によれば、第１幅広部５３及び第１幅狭部５４により吸収されなかった音波により第２幅広部５５を励振させることができる。これにより、励振される弾性膜５０の領域を特定の周波数成分（周波数帯域）毎に区分することができる。なお、第２幅広部５５の幅Ｗ４は、第１幅広部５３の幅Ｗ２よりも狭くてもよいし、幅Ｗ２と同じであってもよい。

【0075】

第２幅広部５５の基端５１側の端部の厚みは、第１幅狭部５４の先端５２側の端部の厚みと同じ厚みＴ３である。第２幅広部５５の厚みは、先端５２に向かって一定の厚みである。なお、第２幅広部５５の厚みは、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなる構成としてもよい。

【0076】

第２幅狭部５６は、第２幅広部５５の先端５２側の端部から連続して形成され、第２幅広部５５の先端５２側の端部から先端５２に向かって延びる。Ｘ２方向における第２幅狭部５６の長さＬ４は、第２幅広部５５の長さＬ３よりも短い。

【0077】

上記構成によれば、第２幅狭部５６の長さＬ４が短いため、延伸方向における弾性膜５０の長さを短くすることができる。これにより、周波数選択素子１の小型化を図ることができる。また、第２幅広部５５の長さＬ３を長くすることで、第２幅広部５５に振動を励振する周波数帯域の音波に応じて、第２幅広部５５の最大振動位置を異ならせることができる。これにより、周波数スペクトル解析を第２幅広部５５の領域において行うことができる。

【0078】

第２幅狭部５６の基端５１側の端部の幅は、第２幅広部５５の先端５２側の端部の幅と同じ幅Ｗ４である。第２幅狭部５６は、先端５２に向かうにつれ幅が漸次狭くなっている。第２幅狭部５６の先端５２側の端部の幅（弾性膜５０の先端５２の幅）Ｗ５は、弾性膜５０の基端５１の幅Ｗ１よりも広くてもよいし、幅Ｗ１よりも狭くてもよいし、幅Ｗ１と同じであってもよい。また、幅Ｗ５は、第１幅狭部５４の先端５２側の端部の幅Ｗ３よりも広くてもよいし、幅Ｗ３よりも狭くてもよいし、幅Ｗ３と同じであってもよい。

【0079】

上記構成によれば、第２幅広部５５を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第２幅広部５５により吸収されなかった音波は、第２幅狭部５６の領域において吸収される。従って、第２幅広部５５を励振する特定の周波数帯域の音波は、第２幅狭部５６の領域において制限される。即ち、励振される弾性膜５０の領域を特定の周波数帯域毎に区分することができる。これにより、音波に含まれる周波数成分毎に区別して、所望の周波数成分の音波を選択的に検出することができる。

【0080】

第２幅狭部５６の基端５１側の端部の厚みは、第２幅広部５５の先端５２側の端部の厚みと同じ厚みＴ４である。第２幅狭部５６の先端５２側の端部の厚みＴ５は、第２幅狭部５６の基端５１側の端部の厚みＴ４よりも薄くなっている。第２幅狭部５６は、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなっている。第２幅狭部５６の先端５２側の端部の厚み（弾性膜５０の先端５２の厚み）Ｔ５は、弾性膜５０の基端５１の厚みＴ１よりも薄くなっている。

【0081】

上記構成によれば、第２幅広部５５を励振する特定の周波数帯域の音波のうち、第２幅広部５５にて吸収されない音波は、第２幅狭部５６の領域においてより吸収され易くなる。これにより、励振される弾性膜の領域を特定の周波数成分毎に区分し易くすることができる。

【0082】

なお、弾性膜５０には、弾性膜５０に照射された光を反射する光反射膜が形成されていてもよい。上記構成によれば、弾性膜の振動により弾性膜に照射された光が弾性膜上で散乱するため、人の肉眼で散乱光を観察することができる。従って、散乱光が観察された弾性膜の位置及び弾性膜の領域から、音刺激のスペクトラムを可視化することができると共に、スペクトラムの観測を行うことができる。即ち、周波数選択素子１においてセンサを省略することができる。これにより、部品点数を削減することができる。

【0083】

（周波数選択素子による周波数選択方法）
周波数選択素子１を用いた周波数選択方法について説明する。

【0084】

先ず、周波数選択素子１の入力窓２７に音波を入力する。入力窓２７に入力された音波は、第１空間Ｓ１の液体に伝播する。第１空間Ｓ１の液体に伝播した音波は、第１空間Ｓ１をＸ２方向に進み、開口４１を介して第２空間Ｓ２に伝播する。第２空間Ｓ２に伝播した音波は、Ｘ１方向に向かって進み、第２筐体３０のＸ１方向の端部に位置する反射壁３７にて反射される。反射壁３７による音波の反射は、自由端反射による反射である。

【0085】

第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に入力された音波により、弾性膜５０は振動する。特定の周波数帯域の音波により励振される弾性膜の領域は、弾性膜５０の特定の領域を励振する。より詳細には、高音域の音波は第１幅広部５３及び第１幅狭部５４の領域を励振し、低音域の音波は第２幅広部５５及び第２幅狭部５６の領域を励振する。センサ６０は、入力された音波が第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２に伝播した際に生じる弾性膜５０の振動を検出する。より詳細には、センサ６０は、音波により励振された弾性膜５０の振動する領域の位置および振動の強度を検出する。弾性膜５０の振動する領域の位置から、所望の周波数成分のみを選択的に検出することができる。すなわち、センサ６０は、弾性膜５０における振動の強度分布を検出する。センサ６０は、振動の強度分布（波形）から、音波の周波数を特定してもよい。

【0086】

弾性膜５０は、弾性膜５０の両面がそれぞれ接する第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に音圧の差が生まれることで振動する。以下、第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２との間に音圧の差のことを単に音圧差と称する。音波が入力されると、音波の周波数帯域により音圧差が生じる。音圧差が生じない周波数帯域の場合、弾性膜５０に振動が励振されない。これは、弾性膜５０に対して奇対称な音波と、弾性膜５０に対して偶対称な音波とが関係していると考えられている。第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に伝播する音波には、奇対称な音波及び偶対称な音波が含まれる。奇対称な音波は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間で音波の位相が異なるため、音圧差を発生させる。弾性膜５０は、奇対称な音波により励振された振動の振動エネルギーを吸収する。一方、偶対称な音波は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間で同位相となり、音圧差を発生させない。そのため、偶対称な音波は弾性膜５０に振動を励振しない。

【0087】

〔その他の実施例〕
本発明の弾性膜５０は、上述の弾性膜５０に限られるものではない。その他の実施例について、図３及び図４を用いて、以下に説明する。

【0088】

（第１変形例）
図３は、周波数選択素子１が備える弾性膜５０の第１変形例を示す図である。図３の符号３０１は、周波数選択素子１に取り付けられた弾性膜５０ＡをＺ２方向から見た図である。図３の符号３０２は、周波数選択素子１に取り付けられた弾性膜５０ＡをＹ１方向から見た図である。図３に示す弾性膜５０Ａは、図２に示した弾性膜５０と比べて、第３幅広部５７と、第３幅狭部５８とを更に有している点で異なる。

【0089】

図３に示すように、第３幅広部５７は、第２幅狭部５６の先端５２側の端部から連続して形成され、第２幅狭部５６の先端５２側の端部から先端５２に向かって延びる。Ｘ２方向における第３幅広部５７の長さＬ５は、第２幅狭部５６の長さＬ４よりも長い。

【0090】

第３幅広部５７の基端５１側の端部の幅は、第２幅狭部５６の先端５２側の端部の幅と同じ幅Ｗ５である。第３幅広部５７は、先端５２に向かうにつれ幅が漸次広くなっている。なお、第３幅広部５７の先端５２側の端部の幅Ｗ６は、第１幅広部５３の先端５２側の端部の幅Ｗ２よりも広くてもよいし、幅Ｗ２よりも狭くてもよいし、幅Ｗ２と同じであってもよい。また、第３幅広部５７の先端５２側の端部の幅Ｗ６は、第２幅広部５５の先端５２側の端部の幅Ｗ４よりも広くてもよいし、幅Ｗ４よりも狭くてもよいし、幅Ｗ４と同じであってもよい。

【0091】

第３幅広部５７の基端５１側の端部の厚みは、第２幅狭部５６の先端５２側の端部の厚みと同じ厚みＴ５である。また、第３幅広部５７の厚みは、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなっている。なお、第３幅広部５７の厚みは、先端５２に向かって実質的に一定となる構成としてもよい。

【0092】

第３幅狭部５８は、第３幅広部５７の先端５２側の端部から連続して形成され、第３幅広部５７の先端５２側の端部から先端５２に向かって延びる。Ｘ２方向における第３幅狭部５８の長さＬ６は、第３幅広部５７の長さＬ５よりも短い。

【0093】

第３幅狭部５８の基端５１側の端部の幅は、第３幅広部５７の先端５２側の端部の幅と同じ幅Ｗ６である。第３幅狭部５８は、先端５２に向かうにつれ幅が漸次狭くなっている。第３幅狭部５８の先端５２側の端部の幅（弾性膜５０の先端５２の幅）Ｗ７は、弾性膜５０の基端５１の幅Ｗ１よりも広くてもよいし、幅Ｗ１よりも狭くてもよいし、幅Ｗ１と同じであってもよい。また、幅Ｗ７は、第１幅狭部５４の先端５２側の端部の幅Ｗ３よりも広くてもよいし、幅Ｗ３よりも狭くてもよいし、幅Ｗ３と同じであってもよい。また、幅Ｗ７は、第２幅狭部５６の先端５２側の端部の幅Ｗ５よりも広くてもよいし、幅Ｗ５よりも狭くてもよいし、幅Ｗ５と同じであってもよい。

【0094】

第３幅狭部５８の基端５１側の端部の厚みＴ６は、第３幅広部５７の先端５２側の端部の厚みと同じ厚みＴ６である。第３幅狭部５８は、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなっている。第３幅狭部５８の先端５２側の端部の厚み（弾性膜５０の先端５２の厚み）Ｔ７は、弾性膜５０の基端５１の厚みＴ１よりも薄くなっている。

【0095】

（第２変形例）
図４は、周波数選択素子１が備える弾性膜５０の第２変形例を示す図である。図４の符号４０１は、周波数選択素子１に取り付けられた弾性膜５０ＢをＺ２方向から見た図である。図４の符号４０２は、周波数選択素子１に取り付けられた弾性膜５０ＢをＹ１方向から見た図である。図４に示す弾性膜５０Ｂは、図２に示した弾性膜５０と比べて、第２幅狭部５６を有していない点で異なる。

【0096】

第２幅広部５５Ｂは、第１幅狭部５４の先端５２側の端部から連続して形成され、第１幅狭部５４の先端５２側の端部から先端５２に向かって延びる。Ｘ２方向における第２幅広部５５Ｂの長さＬ３は、特に限定はされないが、第１幅狭部５４の長さＬ２よりも短くすることが好ましい。

【0097】

第２幅広部５５Ｂの基端５１側の端部の幅は、第１幅狭部５４の先端５２側の端部の幅と同じ幅Ｗ３である。第２幅広部５５Ｂは、先端５２に向かうにつれ幅が漸次広くなっている。なお、第２幅広部５５Ｂの先端５２側の端部の幅（弾性膜５０Ｂの先端５２の幅）Ｗ４は、第１幅広部５３の先端５２側の端部の幅Ｗ２よりも広くてもよいし、幅Ｗ２よりも狭くてもよいし、幅Ｗ２と同じであってもよい。

【0098】

第２幅広部５５Ｂの基端５１側の端部の厚みは、第１幅狭部５４の先端５２側の端部の厚みと同じ厚みＴ３である。また、第２幅広部５５Ｂの厚みは、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次厚くなっている。第２幅広部５５Ｂの先端５２側の端部の厚み（弾性膜５０の先端５２の厚み）Ｔ４は、弾性膜５０の基端５１の厚みＴ１よりも薄くなっている。なお、第２幅広部５５Ｂの厚みは、先端５２に向かうにつれ厚みが漸次薄くなるようにしてもよいし、先端５２に向かうにつれ厚みが実質的に一定となる構成としてもよい。

【0099】

上記構成によれば、第１幅広部５３及び第１幅狭部５４により吸収されなかった周波数帯域の音波は、第２幅広部５５Ｂの端部（弾性膜５０の先端５２）において反射される。従って、第２幅広部５５Ｂの領域において弾性膜５０の振動の振幅を増幅することができる。これにより、センサ６０は、弾性膜５０の第２幅広部５５Ｂの領域においても低音域の周波数成分の音波を検出することができる。

【0100】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５を参照して以下に説明する。図５は、実施形態２に係る周波数選択素子１Ａの概要を示す概略図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図５に示す周波数選択素子１Ａは、実施形態１に係る周波数選択素子１と比べて、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２が、弾性膜５０の基端５１から弾性膜５０の先端５２に向かう延伸方向（Ｘ２方向）に向かうにつれ空間が狭くなっている点で異なる。

【0101】

図５に示すように、筐体１０Ａは、Ｘ２方向に向かうにつれ、先細りした形状である。筐体１０Ａは、Ｘ２方向に向かうにつれ、筐体１０Ａの幅が狭くなると共に、筐体１０Ａの高さが低くなっている。より詳細には、第１筐体２０Ａの底壁２１Ａ及び天壁２５Ａは、Ｘ２方向に向かうにつれ、Ｙ方向の幅が狭くなっている。第１筐体２０Ａの第１側壁２２Ａ及び第２側壁２３Ａは、Ｘ２方向に向かうにつれ、Ｚ方向の高さが低くなっている。第２筐体３０Ａの底壁３１Ａ及び天壁３５Ａは、Ｘ２方向に向かうにつれ、Ｙ方向の幅が狭くなっている。第２筐体３０Ａの第１側壁３２Ａ及び第２側壁３３Ａは、Ｘ２方向に向かうにつれ、Ｚ方向の高さが低くなっている。

【0102】

第１筐体２０Ａの第１空間Ｓ３は、Ｘ２方向において、先端５２に向かうにつれ、Ｘ２方向と直交する断面における断面積Ａ１が漸次小さくなるように構成されている。第２筐体３０Ａの第２空間Ｓ４は、Ｘ２方向において、先端５２に向かうにつれ、Ｘ２方向と直交する断面における断面積Ａ２が漸次小さくなるように構成されている。

【0103】

上記構成によれば、入力窓２７Ａとは反対側における第１空間Ｓ３及び第２空間Ｓ４において、音波の振幅を増幅することができる。これにより、弾性膜５０の先端５２側における音波の感度を向上させることができる。

【0104】

上述した実施形態による周波数選択素子１，１Ａを、地震波、船舶のスクリュー音などを高感度に検出できる水中マイク（ハイドロフォン）、ドローンの大規模編隊飛行時の超音波衝突防止レーダーシステム、水中での高感度超音波検出センサ、エコーロケーションを支援するデバイスなどに適用することが可能である。

【実施例0105】

本発明の一実施例について、図６を参照して以下に説明する。図６は、図２に示した弾性膜５０を備える周波数選択素子１に音波を入力したときの、ある時点での弾性膜５０の変位を示すグラフである。図６に示すグラフは、音圧（Ｐａ）及び弾性膜５０の変位（ｎｍ）を縦軸に、弾性膜５０の基端５１からの位置（μｍ）を横軸に取ったグラフである（図７、図８、図９についても同様）。図６には、高音域（７０００Ｈｚ、９０００Ｈｚ）、及び低音域（１０００Ｈｚ、３０００Ｈｚ）の音波をそれぞれ入力したときのグラフが示されている。図６に示すシミュレーション結果は、以下の条件下で行った。

【0106】

第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２は、長さを３５ｍｍ、幅を４ｍｍ、高さを２ｍｍとした。入力窓２７及び反射壁３７は、幅を４ｍｍ、高さを２ｍｍとした。区画部４０は、長さを３５ｍｍ、幅を４ｍｍ、高さを０．１ｍｍとした。開口４１は、直径を０．８ｍｍとした。

【0107】

弾性膜５０は、長さＬ１を１１．９ｍｍとし、長さＬ２を２ｍｍとし、長さＬ３を２ｍｍとし、長さＬ４を１ｍｍとした。弾性膜５０は、幅Ｗ１を１００μｍとし、幅Ｗ２を２４０μｍとし、幅Ｗ３を８０μｍとし、幅Ｗ４を４００μｍとし、幅Ｗ５を８０μｍとした。弾性膜５０は、厚みＴ１を３０μｍとし、厚みＴ２を２３μｍとし、厚みＴ３を４μｍとし、厚みＴ４を４μｍとし、厚みＴ５を２μｍとした。

【0108】

７０００Ｈｚの音波が周波数選択素子１に入力されると、弾性膜５０の基端５１付近において、第１空間Ｓ１の音圧を示す線Ｐａ１と、第２空間Ｓ２の音圧を示す線Ｐａ２との間に差があり、音圧差が生じていたことが分かる。弾性膜５０の基端５１から５ｍｍ付近から進行波が検出された。基端５１から８ｍｍ付近で進行波の振幅がピーク（最大振動位置）を迎えた。その後、進行波は、徐々に減衰し、基端５１から１３．９ｍｍの付近で消失した。音圧差は、弾性膜５０に進行波が励振された後、徐々に差が縮まっていた。弾性膜５０の進行波が消失したとき、音圧差は生じていなかった。

【0109】

９０００Ｈｚの音波が周波数選択素子１に入力されたときも、７０００Ｈｚの音波と同様の結果が得られた。弾性膜５０の基端５１から５ｍｍ付近から進行波が検出された。基端５１から７ｍｍ付近で進行波の振幅がピークを迎えた。その後、進行波は、徐々に減衰し、基端５１から１３．９ｍｍの付近で消失した。

【0110】

一方、１０００Ｈｚの音波が周波数選択素子１に入力されると、弾性膜５０の基端５１付近において、第１空間Ｓ１の音圧を示す線Ｐａ１と、第２空間Ｓ２の音圧を示す線Ｐａ２との間に差があり、音圧差が生じていたことが分かる。基端５１から１３ｍｍまでの領域では、進行波は検出されなかった。基端５１から１３．９ｍｍの付近から進行波が検出され、基端５１から１３．９ｍｍ付近で進行波の振幅が最も大きくなっている。その後、進行波は、徐々に減衰し、基端５１から１６．９ｍｍ付近で消失した。

【0111】

３０００Ｈｚの音波が周波数選択素子１に入力されたときも、１０００Ｈｚの音波と同様の結果が得られた。弾性膜５０の基端５１から１３ｍｍまでの領域では、進行波は検出されなかった。基端５１から１３．９ｍｍの付近から進行波が検出され、基端５１から１５ｍｍ付近で進行波の振幅が最も大きくなっている。その後、進行波は、徐々に減衰し、基端５１から１６．９ｍｍ付近で消失した。

【0112】

上記のシミュレーション結果から、高音域（７０００Ｈｚ、９０００Ｈｚ）の音波は、いずれも弾性膜５０の基端５１から１３．９ｍｍの付近、即ち第１幅狭部５４の先端５２側の端部付近において、進行波が消失している。高音域の音波は、いずれも基端５１から１３．９ｍｍ～１６．９ｍｍの領域では進行波を検出していない。これは、第１幅狭部５４の領域において、高音域の音波により励振された振動が吸収されたことを意味する。即ち、高音域の周波数成分の音波により励振される弾性膜５０の振動の領域は第１幅狭部５４により制限されている。

【0113】

一方、低音域（１０００Ｈｚ、３０００Ｈｚ）の音波は、弾性膜５０の基端５１から１３ｍｍまでの領域では進行波が検出されず、基端５１から１３．９ｍｍ以降の領域において進行波が検出されている。これは、第２幅広部５５を励振させる低音域の音波が第１幅広部５３及び第１幅狭部５４により完全に吸収されていないことを意味する。即ち、第１幅狭部５４に連続する第２幅広部５５を形成することで、励振される弾性膜５０の領域を特定の周波数帯域毎に区分することができることが分かった。

【実施例0114】

本発明の実施例２について、図７を参照して以下に説明する。図７は、図２に示した弾性膜５０を備える周波数選択素子１に音波を入力したときの弾性膜５０の変位を示すグラフである。実施例２において、実施例１と同様に、高音域（７０００Ｈｚ、９０００Ｈｚ）、及び低音域（１０００Ｈｚ、３０００Ｈｚ）の音波をそれぞれ入力した。図７に示すシミュレーション結果は、弾性膜５０の寸法を以下のようにして行った。

【0115】

弾性膜５０は、長さＬ１を１１．９ｍｍとし、長さＬ２を２ｍｍとし、長さＬ３を５ｍｍとし、長さＬ４を１ｍｍとした。弾性膜５０は、幅Ｗ１を１００μｍとし、幅Ｗ２を２４０μｍとし、幅Ｗ３を８０μｍとし、幅Ｗ４を４００μｍとし、幅Ｗ５を８０μｍとした。弾性膜５０は、厚みＴ１を３０μｍとし、厚みＴ２を２３μｍとし、厚みＴ３を４μｍとし、厚みＴ４を４μｍとし、厚みＴ５を２μｍとした。図６の条件と比べて、第２幅広部５５の長さＬ３が５ｍｍと長くなっている。

【0116】

７０００Ｈｚの音波が周波数選択素子１に入力されると、弾性膜５０の基端５１から５ｍｍ付近から進行波が検出され、進行波は基端５１から１３．９ｍｍの付近で消失した。９０００Ｈｚの音波についても、７０００Ｈｚの音波と同様に、基端５１から５ｍｍ付近から進行波が検出され、進行波は基端５１から１３．９ｍｍの付近で消失した。高音域の音波を入力したときの結果は、図６の条件下におけるシミュレーション結果と同様の結果となった。

【0117】

一方、１０００Ｈｚの音波が周波数選択素子１に入力されると、弾性膜５０の基端５１から１３．９ｍｍの付近から進行波が検出され、進行波は基端５１から１９．９ｍｍ付近で消失した。３０００Ｈｚの音波についても、１０００Ｈｚの音波と同様に、基端５１から１３．９ｍｍの付近から進行波が検出され、進行波は基端５１から１９．９ｍｍ付近で消失した。１０００Ｈｚ及び３０００Ｈｚの音波が入力されたとき、いずれも基端５１から１３ｍｍまでの領域では、進行波は検出されなかった。図６の条件下におけるシミュレーション結果と比較して、図７の条件下におけるシミュレーション結果では、基端５１から１３．９ｍｍ～１９．９ｍｍの間の領域（第２幅広部５５と第２幅狭部５６の領域）において、進行波の波が明確に検出されていた。

【0118】

上記シミュレーション結果から、第２幅広部５５の長さＬ３を第１幅狭部５４の長さＬ２よりも長くすることにより、第２幅広部５５の領域において進行波の波が明確になることが分かった。即ち、第２幅広部５５に振動を励振する周波数帯域の音波に応じて、第２幅広部５５の最大振動位置を異ならせることが分かった。これにより、解像度の高い周波数スペクトル解析を第２幅広部５５の領域において行うことができる。